《电力电子系统设计与实验》总结报告要点
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电力电子技术实验报告总结电力电子技术作为一门重要的电气工程学科分支,在现代工业和生活中有着广泛的应用。
通过一系列的电力电子技术实验,我不仅加深了对理论知识的理解,还提高了自己的实践操作能力和解决问题的能力。
以下是我对这些实验的总结。
一、实验目的和要求电力电子技术实验的主要目的是让我们熟悉各种电力电子器件的特性和工作原理,掌握基本电力电子电路的分析、设计和调试方法。
同时,培养我们的实验技能、数据处理能力和创新思维。
在实验过程中,我们被要求严格遵守实验室的安全规则,正确使用实验仪器设备,认真观察实验现象,准确记录实验数据,并对实验结果进行分析和总结。
二、实验设备和仪器实验所用到的设备和仪器包括示波器、信号发生器、万用表、电力电子实验箱等。
其中,示波器用于观测电路中的电压和电流波形,信号发生器用于产生各种控制信号,万用表用于测量电路中的电压、电流和电阻等参数,电力电子实验箱则集成了各种电力电子器件和电路模块,方便我们进行实验操作。
三、实验内容(一)单相半波可控整流电路实验在这个实验中,我们研究了单相半波可控整流电路在不同控制角下的输出电压和电流特性。
通过改变触发角,观察输出电压的平均值和有效值的变化,并与理论计算值进行对比。
同时,还分析了负载性质(电阻性负载、电感性负载)对电路工作性能的影响。
(二)单相桥式全控整流电路实验单相桥式全控整流电路是一种常见的整流电路结构。
在实验中,我们深入了解了其工作原理和特性。
通过调节触发角,观察输出电压和电流的波形,并计算输出电压的平均值和有效值。
此外,还研究了电路的有源逆变工作状态,以及逆变失败的原因和预防措施。
(三)三相桥式全控整流电路实验三相桥式全控整流电路是大功率整流装置中常用的电路拓扑。
通过这个实验,我们掌握了三相电路的工作原理和调试方法。
观察了不同控制角下的输出电压和电流波形,分析了三相电源的相序对电路工作的影响,并研究了电路在电阻性负载和电感性负载下的性能差异。
一、前言电力电子技术是一门研究电力电子器件及其在电力系统中的应用的学科,是电气工程及其自动化专业的一门核心课程。
为了更好地理解和掌握电力电子技术的理论知识,提高动手实践能力,我参加了电力电子技术课程实训。
以下是实训过程中的总结和体会。
二、实训目的1. 理解电力电子器件的工作原理和特性;2. 掌握电力电子电路的设计和调试方法;3. 培养动手实践能力,提高解决实际问题的能力;4. 提高团队合作意识,增强沟通能力。
三、实训内容1. 电力电子器件实验:实验内容包括晶闸管、二极管、可控硅等电力电子器件的伏安特性测试、开关特性测试等。
2. 电力电子电路实验:实验内容包括可控整流电路、逆变电路、斩波电路等电力电子电路的设计、搭建和调试。
3. 电力电子装置实验:实验内容包括电力电子装置的组成、工作原理、性能测试等。
四、实训过程1. 实验准备:根据实验要求,准备好实验所需的器件、仪器和设备。
2. 实验操作:按照实验步骤,进行电力电子器件的测试、电路的搭建和调试。
3. 结果分析:对实验数据进行整理和分析,找出实验过程中存在的问题,并提出改进措施。
4. 实验报告撰写:根据实验过程和结果,撰写实验报告。
五、实训成果1. 理解了电力电子器件的工作原理和特性,掌握了器件的伏安特性测试和开关特性测试方法。
2. 掌握了电力电子电路的设计和调试方法,能够根据电路原理图搭建和调试电路。
3. 提高了动手实践能力,能够独立完成电力电子电路的设计和调试。
4. 增强了团队合作意识,与团队成员共同完成实验任务。
六、实训体会1. 实践是检验真理的唯一标准。
通过实训,我深刻认识到理论知识与实际操作之间的紧密联系。
2. 电力电子技术是一门综合性较强的学科,需要掌握多个方面的知识。
在实训过程中,我意识到只有不断学习,才能提高自己的综合素质。
3. 实训过程中,我学会了如何与他人沟通和协作,提高了自己的团队协作能力。
4. 在实训过程中,我遇到了一些问题,通过查阅资料、请教老师和同学,最终解决了这些问题。
电路系统设计与实践总结报告红外感应台灯Xx系xx班xxx 学号同组人:xxx功能简介:该感应台灯利用红外热释传感器及光敏电阻,实现在强光环境下无论附近有人与否都不亮,在较暗环境下有人接近灯亮,且人走灯延时熄灭的功能。
红外感应台灯一、任务及设计要求设计并实现台灯的感应自动及延时熄灭,具体要求如下:当光线较暗时,人走近到一定距离之内,灯自动点亮;当灯感应范围内无人时,自动延时一段时间熄灭。
当光线较亮时,无论是否有人靠近,灯都不会亮。
着重感应部分,要求灵敏度、感应距离(大于0.5米)及稳定性。
(可利用人体自身的感应,也可以利用红外线、超声波的反射完成。
)二、电路原理及分析本电路利用人体红外线的感应来完成任务。
红外热释传感器接收到人体运动散发出的红外信号后会输出一个变化的脉冲信号。
经过多级放大电路放大以后,再经过比较器、逻辑电路等一系列后续电路,输出受信号变化控制的电平,控制电磁继电器开合,从而达到控制电灯照明电路通断的作用,具体原理分析如下:1、电路所用元件红外热释传感器一只;菲涅尔透镜一个;集成运放LF351N*3;比较器LM293P*2;单稳态触发器4098*1;四2输入或非门4001*1;四2输入与非门4011*1;非门4069*1;三极管9013*2;电位器、电阻、电容、导线若干;光敏电阻一只;发光二级管一只;05VDC电磁继电器一只;带电源面包板一面及示波器一台(用于检验信号波形)。
2、方案选取(1)参考方案一:该方案由红外热释传感器接收人体红外信号,通过中间两级放大电路放大,经过一个比较器,输出高或低电平,控制555计时器延时,同时加入光敏二极管控制电路,使得在光线强时无论有人与否灯都不亮,但光线暗时,有人灯亮,无人灯延时熄灭。
其优点是电路并不复杂,器件比较常见,经过调试后应该比较灵敏。
但其最大的缺点也是致命缺点就是,当灯亮起来之后,环境就变成了亮的环境,光敏电阻工作,灯随即会熄灭,也就是无法实现灯亮起来之后的“自锁”功能。
电力电子课设总结与体会电力电子课设是电子工程专业中一门重要的实践课程,通过该课程的学习,我们能够了解电力电子学的基本原理和应用,培养动手能力以及解决实际问题的能力。
在这门课程中,我充分发挥了团队合作的优势,运用所学的理论知识解决实际问题,并通过实践,对电力电子学有了更深入的理解。
以下是我对电力电子课设的总结和体会。
一、项目背景与设计目标我们的课设项目是设计一个交流电电能变换装置,将220V的交流电转换为直流电,以便给电子设备供电。
设计目标是实现高效率、小体积、低成本的转换装置,并考虑到电路的稳定性和可靠性。
二、课设过程在课设过程中,我们结合所学的电力电子学理论知识,进行了详细的电路分析和仿真模拟。
我们首先选择了合适的电力电子器件,并根据其特性进行了电路拓扑和参数设计。
接着,我们使用模拟软件进行仿真,验证了电路的性能和稳定性。
在进行仿真的过程中,我们不断调整电路参数,以达到最佳的性能指标。
最后,我们进行了实际的电路搭建和测试,不断优化和改进设计方案。
三、遇到的问题与解决方法在课设过程中,我们遇到了一些问题,例如电路的功率损耗较大、电压波动等。
针对这些问题,我们进行了分析和探索,找出了问题的根源。
通过优化电路的拓扑结构和参数设置,我们成功解决了这些问题,并提高了整个电路的性能。
四、实践成果与体会经过不断的努力和探索,我们顺利完成了课设项目,并获得了不错的实践成果。
通过实践,我深刻体会到学习电力电子学理论知识的重要性,并且意识到只有通过实践才能真正掌握这门学科。
在实践中,我不仅学到了电力电子器件的选择和电路设计的方法,还培养了电路搭建和调试的能力,提高了自己的动手实践能力和问题解决能力。
总的来说,电力电子课设是一门非常实用和有挑战性的课程。
通过这门课程的学习,我对电力电子学有了更深刻的理解和应用能力。
同时,这门课程也增强了我与团队成员的合作能力,使我明白合作是解决问题的重要手段。
希望未来可以继续学习和探索电力电子领域,提高自己的专业水平。
电力电子课程设计报告心得一、课程目标知识目标:1. 掌握电力电子器件的基本工作原理和分类,了解其在电力系统中的应用。
2. 学习电力电子电路的典型拓扑结构,理解其工作原理和性能特点。
3. 了解电力电子器件及电路的仿真与实验方法,培养解决实际问题的能力。
技能目标:1. 能够分析并设计简单的电力电子电路,具备一定的电路调试与优化能力。
2. 学会使用相关软件(如PSPICE、MATLAB等)对电力电子电路进行仿真分析,提高实际操作技能。
3. 能够运用所学知识,对电力电子器件及电路的性能进行评估,提出合理的改进措施。
情感态度价值观目标:1. 培养学生对电力电子技术的好奇心和求知欲,激发其学习兴趣。
2. 增强学生的团队合作意识,培养其沟通、协作和解决问题的能力。
3. 引导学生关注电力电子技术在能源、环保等方面的应用,提高其社会责任感和创新精神。
本课程针对高年级学生,具有较强的理论性和实践性。
通过本课程的学习,使学生能够将所学知识应用于实际工程问题,培养其分析、设计和创新能力。
在教学过程中,注重理论与实践相结合,充分调动学生的主观能动性,提高其综合运用知识解决实际问题的能力。
课程目标的设定旨在使学生在掌握基本知识的同时,培养实际操作技能和良好的情感态度价值观。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分:1. 电力电子器件:介绍电力电子器件的基本工作原理、分类及其在电力系统中的应用,涵盖教材第1章内容。
2. 电力电子电路拓扑:学习典型的电力电子电路拓扑结构,如整流电路、逆变电路、斩波电路等,分析其工作原理和性能特点,对应教材第2章。
3. 仿真与实验方法:讲解电力电子器件及电路的仿真与实验方法,包括实验原理、设备使用、数据采集与分析等,涉及教材第3章。
4. 电路设计与调试:学习如何设计简单的电力电子电路,掌握电路调试与优化方法,参考教材第4章。
5. 软件应用:教授如何使用PSPICE、MATLAB等软件对电力电子电路进行仿真分析,提高实际操作技能,对应教材第5章。
电力电子实习报告2.[最终定稿]第一篇:电力电子实习报告2.任务提出与方案论证现在, 人们越来越注意用电安全和打造节约型社会, 因此, 那种大小可调的直流电源越来越受到人们的重视。
此次设计的任务就是设计一个基于单相桥式半控整流电路的可调直流电源。
1.1 设计要求1、电源电压:交流 220V/50Hz2、输出电压范围:20V-50V(40V3、最大输出电流:10A4、具有过流保护功能,动作电流:12A5、具有稳压功能6、电源效率不低于 70% 1.2 方案的论证与设计触发电路是本电路的核心部分, 也是一个难点。
晶闸管触发主要有移相触发、过零触发和脉冲列调制触发等。
触发电路对其产生的触发脉冲有如下要求:(1触发电路的触发信号必须在晶闸管门极伏安特性的可靠触发区。
同时要求脉冲功率不超过允许瞬时最大功率限制线和平均功率限制线。
(2触发脉冲应具有一定的宽度和幅度,触发脉冲消失前,阳极电流应能上升至擎住电流,保证晶闸管可靠开通。
(3触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步,脉冲移相范围必须满足电路要求。
(4触发脉冲与主电路电源必须同步。
为了使晶闸管在每一个周期都以相同的控制角被触发导通, 触发脉冲必须与电源同步, 两者的频率应该相同, 而且要有固定的相位关系,以使每一周期都能在同样的相位上触发。
对触发电路的选择有以下二种方案: 方案一:单结晶体管移相触发电路单结晶体管构成的触发电路由自激振荡、同步电源、移相、脉冲形成等部分组成。
电路如图 1-1所示 : 图 1-1单结晶体管移相触发电路图对于此电路, 改变电位器 RP 的数值可以调节输出脉冲电压的频率。
但是(RV1+RS 的阻值不能太小,否则在单结晶体管导通之后,电源经过RV1和 RS 供给的电流较大, 单结晶体管的电流不能降到谷点电流之下, 电容电压始终大于谷点电压,因此,单结晶体管就不能截止,造成单结晶体管的直通现象。
当然,(RV1+RS 的阻值也不能太大,否则充电太慢,使晶闸管的最大导通角受到限制,减小移相范围。
电力电子课程设计总结电力电子课程设计总结电力电子作为电气工程学科中的重要分支,在自动化控制、通信、新能源以及电力传输等领域都有广泛应用。
为了使学生能够深入理解电力电子的原理和应用,我们设计了一门电力电子课程,为学生提供了全面、系统的电力电子知识,让学生在实践中学习、掌握相关专业技能,为未来的工作打下坚实基础。
一、教学目标通过本课程的学习,学生应当能够掌握以下知识和技能:1. 了解电力电子的基本原理和概念,了解电力电子在电气工程、自动化控制中的应用场景。
2. 掌握常见电力电子器件(如晶闸管、双向可控硅、MOSFET、IGBT等)的工作原理、参数以及使用方法,并能在实验中应用这些器件设计和搭建相应的电路。
3. 熟悉电力电子的控制方法和技术(如PWM控制、谐振控制、闭环控制等),并能够运用这些控制技术对电力电子器件进行控制和调节。
4. 理解电力电子从交流电源变换成直流电源的过程,熟悉整流、变换器和逆变器等电力电子的重要组成部分。
5. 具备从理论到实践的电力电子基础知识和技术,能够应用所学知识解决实际问题,为将来进一步开展电力电子相关的研究和应用奠定基础。
二、教学内容1. 电力电子的基本原理和概念,包括电力电子器件的分类、电子器件的关键参数、磁电元件等。
2. 电力电子器件的工作原理和使用方法,包括晶闸管、双向可控硅、MOSFET、IGBT等器件的参数及使用方法。
3. 电力电子的控制方法和技术,包括PWM控制、谐振控制、闭环控制等方法,以及控制器的设计和调节。
4. 电力电子的基础电路,包括直流稳压电路、直流电源矩阵电路、H桥电路、磁性耦合共振电路、交流稳压电路等。
5. 电力电子的应用,包括变频调速、电力传输、汽车电子设备等领域中电力电子的应用。
三、教学方法1. 理论讲授:通过授课进行基础知识的传授,使学生建立知识体系,深度理解电力电子的原理和概念。
2. 实验操作:通过实验进行电力电子器件的操作和电路设计,加深学生对电力电子知识的理解,提升学生掌握专业技能的能力。
电力电子技术总结报告..《电力电子应用设计》课程学习总结报告__nn 马云1.理论方面:本课程主要以人造金刚石液压机合成加热调功控制系统为案例,主要学习了单相交流调压电路、触发脉冲发生电路、电压检测电路、电流检测转换电路、相位失衡检测电路、相位失衡保护电路、过压-过流保护电路、电源电路、比较与比例-积分电路等。
我们先将总图分解成三个部分,我所负责的是触发脉冲发生电路和电压检测电路(总图的左上方部分),我先通过DXP软件画出这两个电路的原理图,再通过SIM软件对触发脉冲发生电路和电压检测电路进行仿真,确认无误后用DXP开始PCB图的绘制,因为实际原因(铜板的大小)尽量将元器件安排的紧凑一些,最后将各个成员的PCB图汇总。
打印出PCB图后去实验室进行板子的印刷、腐蚀、打孔、焊接,最后用实验室的仪器进行调试。
1.1 主电路及其工作原理在电路中,要使晶闸管正常导通,必须同时满足下面两个条件:(1)阳极对阴极加正向电压;(2)控制极对阴极加正向电压(或正向脉冲)。
而且,晶闸管还有一个重要特点,就是它一旦导通后控制极即失去控制作用,器件始终处于导通状态,除非阳极对阴极电压降低到很小,致使阳极电流降到某一数值之下。
1.2 闭环控制系统主回路及其工作原理1.3 电源电路及其工作原理本系统电路工作需要的电源有5V、15V两个..1.3.1 正、负15V电路及其工作原理桥式整流:用4个二极管组成的桥式整流电路可以使用只有单个次级线圈的变压器。
负载上的电流波形和输出电压值与全波整流电路相同。
7815、7915芯片:7815、7915是一种三端正稳压器电路,TO-220F封装,能提供多种固定的输出电压,应用范围广,内含过流、过热和过载保护电路。
芯片前面两个电容成缓冲,后面两个芯片起滤波作用,使电压更稳定,二级管指示作用。
1.3.2正5V电路及其工作原理桥式整流:用4个二极管组成的桥式整流电路可以使用只有单个次级线圈的变压器。
电力电子课程设计总结五篇电力电子技术应用在是生活中可以说得是无处不在如果把计算机控制比喻为人的大脑,电磁机械等动力机构喻为人的四肢的话,则电力电子技术则可喻为循环和消化系统,它是能力转化和传递的渠道。
下面是带来的五篇电力电子课程设计总结,希望大家喜欢!电力电子课程设计总结1在这次电子电路课程设计实验中,我们选的课题都是与生活息息相关的,把生活中常见的一些现象模拟到实验室中,体现了学习与实际生活相结合的理念。
霓虹灯是我们生活中十分常见的,五颜六色的彩灯遍及在我们的生活中,而我们设计的这个彩灯控制器,使我们觉得这个课程设计十分有意义。
接到题目后我们小组的人去图书馆借了一些书籍、参照网络上的一些资料,再加上老师的悉心指导,设计出了一个与生活中密切相关的彩灯,通过了本学期对数字电路和模拟电路的学习,我们感到现在设计这样的一个节拍速度渐变彩灯控制器是非常有必要的,因为这能够考察我们对书本上的知识是否已掌握好,并对所学知识进行巩固和加深。
但是第一次做实物,所以觉得还有有不小的压力。
做实物比在软件里面仿真难度大了不少,因为,稍不细心就可能会使哪个芯片烧坏或者哪条线路没有接牢固,这都会使得在实验中没法得到正确的结果,因而会有一些挑战与难度。
这次设计用到了一些在实验中比较常用的电子器件,从设计总体上来说,与我们来说,只要认真的去做的话,我们能在规定的时间内做出来。
但是还是需要我们组里几位成员互相合作,相互帮助,才能更好的完成任务的,这样极大的培养了我们的团队合作的精神。
通过本次课程设计的锻炼,我学到了很多有关节拍速度渐变的彩灯控制器的设计方法与工作原理。
期间也碰到不少问题,但只要仔细的揣摩也能找到解决的方法。
慢工出细活,过程是很重要的,只有认真努力细心坚持的去做,才能取得满意的结果。
虽然实验之前的仿真我们做得很好,并且设计了好几种实验方案,也都具体地画出了电路图,但是在具体地实验过程中还是遇到了不小的困难。
在仿真中,我们所有的的元件都是知道其参数的,在实验中,我们知道的只是元件的理论上的参数,实际上因为元件经过多次使用,其性能会有所变化,与理论值有点出入,但我们在仿真时又是要求十分精确的,这就导致了实验中的结果出现差错时,我们需要改动的地方就很多。
电力电子技术实验报告电力电子技术实验报告引言:电力电子技术是现代电力系统中不可或缺的一部分。
它涉及到电力的转换、控制和传输等方面,对于提高电力系统的效率、稳定性和可靠性具有重要意义。
本实验报告将介绍我所参与的电力电子技术实验,并对实验结果进行分析和总结。
实验一:直流电源的设计与实现在这个实验中,我们设计并搭建了一个直流电源电路。
通过选择合适的电路元件,我们成功地将交流电转换为稳定的直流电。
在实验过程中,我们注意到电路中的电容和电感元件对于滤波和稳压起到了关键作用。
通过实验,我们进一步理解了直流电源的工作原理和设计方法。
实验二:交流电压调节器的性能测试在这个实验中,我们测试了不同类型的交流电压调节器的性能。
通过改变输入电压和负载电流,我们测量了调节器的输出电压和效率。
实验结果表明,稳压调节器能够在不同负载条件下保持稳定的输出电压,而开关调压器则具有更高的效率和更好的调节性能。
这些结果对于电力系统的稳定运行和节能优化具有重要意义。
实验三:功率因数校正电路的设计和优化在这个实验中,我们设计了一个功率因数校正电路,并对其进行了优化。
通过使用功率因数校正电路,我们能够降低电力系统中的谐波失真和电能浪费。
实验结果显示,优化后的功率因数校正电路能够有效地提高功率因数,并减少电网对谐波的敏感性。
这对于提高电力系统的能效和稳定性具有重要意义。
实验四:逆变器的设计与应用在这个实验中,我们设计并搭建了一个逆变器电路,并将其应用于太阳能发电系统中。
通过将直流电能转换为交流电能,逆变器可以实现电力的输送和利用。
实验结果表明,逆变器能够稳定地将太阳能发电系统的输出电能转换为适用于家庭和工业用电的交流电。
这对于推广和应用太阳能发电技术具有重要意义。
结论:通过参与电力电子技术实验,我们深入了解了电力电子技术的原理和应用。
实验结果表明,电力电子技术在提高电力系统的效率、稳定性和可靠性方面具有重要作用。
我们还通过实验掌握了电力电子电路的设计和优化方法,为今后从事相关工作奠定了基础。
《电力电子系统设计与实验》实践报告专业:电力电子与电力传动学号:S10080804029报告人:龚钢小组成员:龚钢杨夏祎日期:2011年7月12日目录1、产品设计目标: (1)1.1 产品性能指标汇总 (1)1.2 产品设计依据 (1)2、产品主电路工作原理概述 (2)2.1 开关电源主电路 (2)2.2 前级PFC工作原理 (2)2.3 PFC控制芯片L6561介绍 (4)2.4 后级反激电路工作原理 (5)2.5 Flyback控制芯片LTA705S介绍 (5)3、电路参数设计 (6)3.1 前级PFC电路参数设计 (6)3.1.1 Boost变换器工作原理及电感电容的计算 (6)3.1.2 Boost电感设计 (8)3.2 后级Flyback电路的设计 (9)4、仿真及实验结果分析 (11)5、问题或现象分析 (13)6、心得体会 (14)附录 (16)1、产品设计目标:1.1 产品性能指标汇总产品参数设计指标:输入电压:90~264V AC、3.15A、47~63Hz;输出电压:19.2V DC、4.2A;输出功率:70W~90W;功率因数:0.95以上;1.2 产品设计依据从产品参数设计指标分析,其输入为交流电,输出为直流电,故首先需要设计整流电路,本产品设计的是二极管不控整流。
整流输出为脉动较大的直流电(即交流电的半个周期)。
此外本产品对电能利用率有要求,功率因数要求高于0.95,因此需要加入功率因数校正(PFC)环节。
从所学知识了解到,Boost变换器可用作功率因数校正(PFC)。
这也是一种常用的PFC拓扑电路。
Boost变换器有三种工作模式,分别为电感电流连续模式、电感电流临界连续模式和电感电流断续工作模式。
其中,电感电流临界连续模式下,可以通过有效控制,使输入交流电流和交流电压同相位从而有效提高功率因数。
综合各种因素考虑本产品设计选择Boost工作在电感电流临界连续模式。
264。
为满足这一宽范围本产品设计要求输入电压范围较宽。
最大输入电压峰值2输入要求,同时考虑经济合理性,本产品设计Boost电路工作正常的输出电压为400V 直流电。
为了对Boost电路有效控制,实现PFC,本产品设计选用性价比较高的芯片L6561。
通过Boost电路实现功率因数校正后,输出电压较高。
而产品要求输出电压为19.2V。
为此,电路还需要一个DC/DC降压拓扑电路。
可以实现降压的拓扑电路有很多。
非隔离式变换电路:Buck变换器、Buck-Boost变换器、Cuck变换器;隔离式变换器:单端正激式隔离变换器,单端反激式隔离变换器。
由于反激变换器能实现输入输出电气隔离,电压升降范围宽,运行可靠性能高等优点,因此本产品选择反激变换器实现DC/DC降压。
常用的高集成反激控制芯片有SG6742、FAN6754、LTA705S 等。
结合实验实际条件,本产品设计选用LTA705S芯片作为反激电路开关管的驱动芯片。
综上所述,产品设计总体电路拓扑结构确定为:二极管整流电路,Boost变换器实现PFC电路、单端反激式隔离变换器实现DC/DC降压变换电路。
2、产品主电路工作原理概述2.1 开关电源主电路产品电路中,输入为AC90~264V电压,经过二极管整流桥把交流电变成直流电,然后利用Boost实现功率校正,最后利用单端反激隔离式变换电路进行降压提供稳定的直流输出电压。
电路前级采用的控制芯片为L6561,后级采用的控制芯片为LTA705S,工作频率为100kHz。
为验证产品设计思路的可行性,依据设计要求首先进行了仿真。
图1为本文仿真电路结构图,产品主电路图见附录。
o图1 开关电源电路拓扑结构2.2 前级PFC工作原理有源功率因数校正(Active Power Factor Correction)电路,是在传统的不可控整流电路中融入有源器件,使得交流侧电流在一定程度上正弦化,从而减小装置的非线性、改善功率因数的一种高频整流电路。
基本的单相APFC电路,在单相桥式不可控整流电路和负载电阻之间增加一个DC-DC功率变换电路,通常采用Boost变换器。
通过适当的控制Boost电路中开关管的通断,将整流器的输入电流校正成为与电网电压同相位的正弦波,消除谐波和无功电流,将电网功率因素提高到近似为1,其电路拓扑结构如图2所示。
o图2 APFC拓扑结构图假定开关频率足够高,保证电感L的电流连续;输出电容足够大,输出电压可以认为是恒定直流输出电压。
电网电压iu为理想正弦电压,即有tUuωsinmi=,则不可控整流桥的输出电压in u 为正弦半波,t U u u ωsin m i in ==。
当开关管T 导通时,in u 对电感充电,电感电流L i 增加,电容C 向负载放电;当T 关断时,二极管D 导通,电感两端电压L u 反向,in u 和L u 对电容充电,电感电流L i 减小。
电感电流满足下列关系式。
⎩⎨⎧+<<++<<==s k on k o mon k k m L -sin sin d d T t t t t u t U t t t t t U u t iL,,ωω (1) 通过控制开关管T 的通断,即调节T 的占空比D ,可以控制电流L i 。
若能控制L i 近似为正弦半波电流,且与in u 相同相位,则整流桥交流侧电流也近似为正弦电流,且与电网电压i u 同相位,即可达到功率因数校正的目的。
这也是APFC 的基本原理。
为实现这一控制目的,需要引入闭环控制。
控制器必须实现两个基本要求:1、实现输出直流电压o u 的调节,使其达到给定值;2、保证电网侧电流正弦化,其功率因数近似为1。
为此采用电压外环电流内环的单相PFC 双环控制。
如图3所示。
o图3 APFC 控制原理图电压外环的作用是实现控制目标的电感电流指令值*L i 。
给定输出电压*o u 减去测量到的实际输出电压o u 的差值,经PI 调节器作用,输出电感电流的幅值指令*L I 。
测得到的整流桥输出电压in u 除以其幅值后,得到单位的半正弦量。
该值与得到的电感电流幅值指令相乘得到电感电流的指令值*L i 。
*L i 为与in u 同相位的正弦半波电流,其幅值可控制直流电压o u 的大小。
电流内环的任务是控制开关管T 的通断,使实际的电感电流L i 跟踪其产生的指令值*L i 。
为仿真方便,此处采用了电流滞环控制。
通过滞环控制可以保证实际的电感电流L i 在其指令电流*L i 附近波动,波动的大小与滞环的宽度有关。
在实际电路中此处采用的是L6561芯片控制。
L6561采用的是电流峰值控制方法和电流检测控制方法的结合。
其控制原理为:当芯片5管脚(ZCD )检测到Boost 电感电流为零时,L6561会驱动开关管导通,此时电感电流基本呈线性上升;当芯片4管脚(CS )检测到流过开关管的电流(此时也是流过电感的电流)到达规定的上限(即电流峰值)时,开关管会关断,直到下一次ZCD 检测到过零电流时才开通。
图4 L6561控制的电感电流波形2.3 PFC 控制芯片L6561介绍L6561 主要特点:1. 具磁滞的欠电压锁住功能。
2. 低启动电流(典型值:50uA ;保证90uA 以下),可减低功率损失。
3. 内部参考电压于25℃时只有1﹪以内的误差率。
4. 除能(Disable )功能,可将系统关闭,降低损耗。
5. 两级的过电压保护。
6. 内部启动及零电流检测功能。
7. 具乘法器,对于宽范围的输入电压,有较佳的THD 值。
8. 在电流检测功能,具备内部RC 滤波器。
9. 高容量的图腾级输出,可以直接驱动MOSFET 。
INV 51234678Vcc GD GND ZCD CSMULT COMP图5 L6561的封装图2.4 后级反激电路工作原理本产品后级电路选用电流断续模式(DCM )单端反激拓扑电路。
单端反激隔离式变换器是一种成本较低的电源电路,小功率电一般选此拓扑结构。
其输出功率为20W -100W ,可以同时输出不同的电压,且有较好的电压调整率。
在输入电压和负载电流变化较大时,具有更快的动态响应速度。
其补偿电路结构简单。
反激式变压器开关电源,是在变压器的初级线圈利用直流电流激励后,变压器的次级线圈没有功率输出;当变压器初级线圈的激励电路被关断,初级线圈和二次线圈通过磁耦合,释放磁能,转换为电能,向负载提供电能。
单端反激开关电源采用了稳定性很好的双环路反馈控制系统(输出直流电压隔离取样反馈外回路和初级线圈充磁峰值电流取样反馈内回路)。
通过反馈回路产生PWM 信号,有效控制开关管的通断。
从而实现对初级线圈充磁电流峰值的有效调节,达到稳定输出电压的目的。
2.5 Flyback 控制芯片L TA705S 介绍反激控制芯片LTA705S 是一款专门为控制单端反激隔离式变换器而设计的芯片。
LTA705S 集成了高压自启动,低功率绿色模式,过流保护,Vdd 过压保护,Vdd 欠压锁定,同步斜坡补偿等功能。
各管脚功能见表2。
GND 51234678GATE VDD SENSE RT HVNC FB图6 LTA705S 封装图3、电路参数设计3.1 前级PFC 电路参数设计3.1.1 Boost 变换器工作原理及电感电容的计算Boost 变换器是一种输出电压等于或高于输入电压的单管非隔离直流变换器。
合理控制开关管T 的导通比,可控制升压变换器的电压稳定输出。
Boost 变换器有三种工作模式,分别为连续导电模式、临界导电模式和不联系导电模式。
在本设计有源功率因数校正(APFC )中,Boost 变换器工作在临界导电模式。
针对这种情况分析Boost 电路,计算设计其电感和电容值。
R图6 Boost 变换器电路拓扑假设电路中各个元件都是理想器件。
一个开关周期内,Boost 变换器有两种工况。
如图所示。
o(a )Boost 电路开关管导通状态 o(b )Boost 电路开关管截止状态图7 Boost 变换器电感电流连续时两种工作状态(1)当开关管导通时,电路拓扑如图7(a )所示,二极管承受反向电压而截止。
电容C 向负载R 供电,极性上正下负。
电源电压in U 全部加到电感两端in L U u =,在该电压作用下电感电流L i 线性增长,储存的磁场能量也逐渐增加。
在一个开关周期S T 内,开关管T 导通的时间为on t 。
开关管T 导通期间,电感电流的增量为:()S C in 1in 0in L d 1T D LUt L U t L U i t ===∆⎰+ (2)(2)当开关管T 截止时,电路拓扑如图7(b )所示,L i 经过二极管D流向输出侧,电感L 中的磁场将改变L 两端的电压极性,以保持L i 不变,这样电源电压in U 与电感电压L u 串联,总电压高于电容C 两端电压,此时电源和电感共同为电容C 和电阻R 供电,负载电阻R 端电压0U 极性仍然是上正下负。